Bài giảng Điều khiển tự động - Chương 1: Giới thiệu về điều khiển tự động

1Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
I. Khái niệm cơ bản
Hệ thống ĐKTĐ bao gồm 3 phần chủ yếu:
- Thiết bị điều khiển (TBĐK)
- Đối tượng điều khiển (ĐTĐK)
- Thiết bị đo lường và cảm biến (TBĐL)
Thiết bị điều 
khiển
Đối tượng 
điều khiển
Thiết bị 
đo lường
Nhiễu
N
Ngõ vào
R
Ngõ ra 
C
Tín hiệu
điều khiển
U
Tín hiệu
hồi tiếp
F
2Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
3Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
Ví dụ:
Ngõ vào R
Thiết bị 
điều khiển
Tín hiệu 
điều khiển
Giá trị mong 
muốnĐộ sai lệch
Đối tượng 
điều khiển
Tín hiệu hồi
tiếp
Độ cao h
4Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
+ Hệ thống điều khiển hở: không có tín hiệu phản hồi từ ngõ ra
về thiết bị điều khiển
TBĐK ĐTĐK
Ngõ raNgõ vào
Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ trong phòng
5Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
+ Hệ thống điều khiển kín: có tín hiệu phản hồi từ ngõ ra về thiết bị
điều khiển
TBĐK ĐTĐK
Ngõ raNgõ vào
TBĐL
6Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
II. Các nguyên tắc ĐKTĐ
1. Nguyên tắc giữ ổn định
a. Điều khiển sai lệch
TBĐK ĐTĐK
Ngõ raNgõ vào
TBĐL
-+
Tín hieäu C ñöôïc phaûn hoài vaø phoái hôïp vôùi tín hieäu vaøo
R taïo ra sai leäch  = R – C. Tín hieäu sai leäch naøy ñöôïc ñöa
vaøo TBÑK taïo ra tín hieäu ñieàu khieån U ñaët leân ÑTÑK.
7Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
b. Nguyeân taéc buø taùc ñoäng beân ngoaøi(feed forward control):
TBÑK ÑTÑKU C
N
Loaïi heä thoáng naøy cho pheùp giöõ ngoõ ra khoâng ñoåi vaø
khoâng phuï thuoäc vaøo taùc ñoäng beân ngoaøi
c. Nguyeân taéc ñieàu khieån hoãn hôïp (Sai leäch + buø taùc
ñoäng beân ngoaøi):
TBÑK ÑTÑKU C
N
TBĐL
+
-
8Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
2. Điều khiển theo chương trình
Sử dụng cho hệ hở. Ngõ ra thay đổi theo một chương trình
định sẵn.
3. Nguyên tắc tự định chỉnh
Có khả năng tự thích nghi, tự cải tiến đối với sự thay đổi
của các thông số.
TBĐK ĐTĐK
Ngõ raNgõ vào
TBĐL
TBĐK 
thích nghi
Nhiễu
9Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
III. Phân lọai hệ thống điều khiển.
- Hệ tuyến tính và hệ phi tuyến.
Haàu heát caùc heä thoáng vaät lyù ñeàu laø heä phi tuyeán. 
Tuy nhieân, neáu phaïm vi thay ñoåi cuûa heä khoâng lôùn
coù theå ñöôïc tuyeán tính hoùa trong phaïm vi bieán thieân
cuûa caùc bieán töông ñoái nhoû
- Hệ bất biến và biến thiên theo thời gian.
Heä bieán thieân theo thôøi gian laø heä coù ít nhaát moät
tham soá bieán thieân theo thôøi gian.
Heä baát bieán theo thôøi gian (heä döøng) laø heä coù
caùc tham soá khoâng ñoåi theo thôøi gian
10
Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
- Hệ liên tục và gián đọan theo thời gian
Trong heä lieân tuïc theo thôøi gian, taát caû caùc bieán
laø haøm lieân tuïc theo thôøi gian
Heä giaùn ñoaïn laø heä coù ít nhaát moät tín hieäu laø
haøm giaùn ñoaïn theo thôøi gian. Heä giaùn ñoaïn goàm: 
+ Heä thoáng xung. 
+ Heä thoáng soá
- Hệ đơn biến và đa biến
Heä ñôn bieán laø heä coù moät ngoõ vaøo vaø moät ngoõ ra
Heä ña bieán laø heä coù nhieàu ngoõ vaøo vaø nhieàu ngoõ ra
- Hệ xác định và ngẫu nhiên.
11
Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
IV. Ví dụ
1. Điều khiển tốc độ động cơ
Khaâu hoài tieáp laø maùy phaùt toác, khaâu so saùnh duøng
maïch ñieän töû vaø vieäc thay ñoåi toác ñoä baèng caùch thay
ñoåi ñieän aùp ñaët vaøo ñoäng cô baèng caùch thay ñoåi ñieän
aùp vaøo ñoäng cô
Tốc độ động cơ tăng
 điện áp tạo ra từ
máy phát tốc tăng
 hồi tiếp âm nên
điện áp đặt vào động
cơ sẽ giảm
 tốc độ động cơ ổn
định lại
Ví dụ Matlab
12
Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
2. Hệ thống điều khiển số máy công cụ.
Boä ñieàu khieån coù theå laø maùy tính (heä CNC), nhaän giöõ
lieäu gia coâng vaø giöõ lieäu soá chuyeån ñoåi töø tín hieäu hoài
tieáp vò trí cuûa dao caét roài xaùc ñònh sai leäch.
Sai leäch döôùi daïng soá ñöôïc chuyeån thaønh töông töï ñieàu
khieån cô caáu chaáp haønh ñöa dao caét tôùi vò trí yeâu caàu
13
Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
3. Điều khiển lực nắm của cánh tay Robot
4. Điều khiển mức nước
Srt-demo1 (Matlab)
14
Chương 1. Giới thiệu về điều khiển tự động.
Điều khiển tự động
V. Nhiệm vụ của lý thuyết điều khiển tự động
1. Xây dựng mô hình tóan học dựa trên hiện tượng vật
lý của hệ thống
2. Khảo sát tính ổn định của hệ thống.
3. Khảo sát chất lượng của hệ theo các chỉ tiêu đề ra.
4. Mô phỏng hệ thống trên máy tính
5. Thực hiện mô hình mẫu và kiểm tra bằng thực nghiệm
6. Tinh chỉnh để tối ưu hóa chỉ tiêu chất lượng
7. Xây dựng hệ thống thiết kế.